一種碳勢計算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及碳勢計算領(lǐng)域，尤其是一種碳勢計算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 熱處理的滲碳設(shè)備中，需要對爐內(nèi)的滲碳能力參數(shù)（簡稱"碳勢"）進(jìn)行測量及管 理，碳勢與爐內(nèi)氣氛的溫度、二氧化碳含量及一氧化碳含量密切相關(guān)。碳勢與爐內(nèi)氣氛的溫 度、碳勢氣體(二氧化碳或氧氣）的含量及一氧化碳的含量密切相關(guān)。根據(jù)所選擇的碳勢氣 體的種類，碳勢的表征方法包括氧勢法及二氧化碳勢法，氧勢法可以用表達(dá)式Cp = f(T，02， C0)來表示，而二氧化碳式法則可用表達(dá)式Cp = f (T，C02，C0)表示，其中：Cp表示爐內(nèi)氣氛中 的碳勢，T表不爐內(nèi)氣氛的溫度，〇2表不爐內(nèi)氣氛中的氧氣的含量，C〇2表不爐內(nèi)氣氛中二氧 化碳的含量，C0表不爐內(nèi)氣氛中一氧化碳的含量。
[0003] 以二氧化碳勢法為例，碳勢計算的過程如下:溫度傳感器獲取爐內(nèi)氣氛的溫度值 模擬信號，二氧化碳探頭及一氧化碳探頭分別獲取爐內(nèi)氣氛中的二氧化碳及一氧化碳的百 分比濃度模擬信號，上述三個輸入模擬信號被傳送至可編程控制器(PLC)，PLC調(diào)用其內(nèi)部 預(yù)先存儲的碳勢計算程序計算出碳勢。碳勢的計算過程復(fù)雜，計算一次碳勢需要占用較多 的PLC計算資源，現(xiàn)有技術(shù)中，針對采集到的每一組模擬信號采樣值，PLC都會計算一次碳 勢。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)存在如下缺陷：1.輸入模擬信號易受到外部環(huán)境的干擾，造成碳勢的波 動幅度大、數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，很難真實地反應(yīng)出爐內(nèi)氣氛的碳勢值變化情況;2. PLC針對每一次 模擬信號采樣值都需要計算一次碳勢，需要耗費大量的PLC計算資源。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明針對上述問題，提供了一種碳勢計算方法，該方法采用算術(shù)平均值濾波算 法對原始輸入模擬信號進(jìn)行濾波處理后再計算碳勢，其技術(shù)方案如下：
[0006] -種碳勢計算方法，其特征在于，其包括如下步驟：
[0007] 1)確定碳勢計算的輸入模擬信號:輸入模擬信號包括爐內(nèi)氣氛的溫度值、爐內(nèi)氣 氛中的二氧化碳的含量、爐內(nèi)氣氛中的一氧化碳的含量；
[0008] 2)原始輸入模擬信號的采樣:打開可編程控制器，連續(xù)對爐內(nèi)氣氛的溫度值、爐內(nèi) 氣氛中的二氧化碳的含量、爐內(nèi)氣氛中的一氧化碳的含量進(jìn)行采樣；同時，可編程控制器的 存儲單元記錄并保存原始輸入模擬信號采樣數(shù)據(jù)，記為三維數(shù)組(T(n)，C0 2(n)，C0(n))，K 述T (η )、C〇2 (η )、CO (η)分別為第η次采樣所獲取的爐內(nèi)氣氛溫度值、爐內(nèi)氣氛中二氧化碳含 量、爐內(nèi)氣氛中的一氧化碳含量；
[0009] 3)對原始輸入模擬信號進(jìn)行分段算術(shù)平均值濾波:為了消除輸入變量的高頻小幅 度波動，采用分段算術(shù)平均值濾波算法對原始輸入模擬信號進(jìn)行濾波處理，每段包括Ν(Ν 2 2)個原始輸入模擬信號采樣數(shù)據(jù)；同時，可編程控制器的存儲單元記錄并保存經(jīng)濾波處理 后的輸入模擬信號，記為三維數(shù)組(Τ'（m)，C0 2'（m)，C0'（m))，所述Τ'（m)，C02'（m)，C0'（m)分 別為第m段經(jīng)濾波處理后的爐內(nèi)氣氛溫度值、爐內(nèi)氣氛中二氧化碳含量、爐內(nèi)氣氛中的一氧 化碳含量，
[0010]其中：
[0012] 4)計算碳勢:基于經(jīng)濾波處理后的輸入模擬信號，可編程控制器的計算單元完成 碳勢計算。
[0013] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述N的取值為20。
[0014] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述可編程控制器為西門子S7-300。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)效果在于:對原始輸入模擬信號進(jìn)行算術(shù)平均值 濾波處理后再計算碳勢，有效地解決由于模擬輸入信號因為受外部環(huán)境干擾造成的碳勢波 動大、數(shù)據(jù)不穩(wěn)定的技術(shù)問題;減少了碳勢的計算次數(shù)，節(jié)約了 PLC的計算資源。
【附圖說明】
[0016] 圖1為碳勢的時間波動曲線對比圖；
[0017] 其中，黑色曲線1反映的是基于原始輸入模擬信號計算出的碳勢的時間波動圖， 灰色曲線2反映的是基于經(jīng)濾波處理后的輸入模擬信號計算出的碳勢的時間波動圖。
【具體實施方式】
[0018] 上文對本發(fā)明進(jìn)行了足夠詳細(xì)的具有一定特殊性的描述。所屬領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù) 人員應(yīng)該理解，實施例中的描述僅僅是示例性的，在不偏離本發(fā)明的真實精神和范圍的前 提下做出所有改變都應(yīng)該屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍是由所述的權(quán) 利要求書進(jìn)行限定的，而不是由實施例中的上述描述來限定的。
[0019] 以下描述本發(fā)明提供的碳勢計算方法計算網(wǎng)帶式氣體滲碳加熱爐控制系統(tǒng)中的 碳勢的一個具體實施例。
[0020] 本實施例采用的PLC為西門子S7-300PLC，該PLC包括存儲單元、中斷塊及計算單 J L· 〇
[0021] 本實施例的具體計算過程如下：
[0022] 步驟1確定碳勢計算的輸入模擬信號：
[0023] 輸入模擬量包括爐內(nèi)氣氛的溫度值、爐內(nèi)氣氛中的二氧化碳的含量、爐內(nèi)氣氛中 的一氧化碳的含量。
[0024]步驟2原始輸入模擬信號的采樣：
[0025] S7-300PLC連續(xù)采集爐內(nèi)氣氛的溫度值、爐內(nèi)氣氛中的二氧化碳的含量、爐內(nèi)氣氛 中的一氧化碳的含量，記為三維數(shù)組(T(n)，C02(n)，C0(n));同時，S7-300PLC的存儲單元記 錄并保存原始輸入模擬信號采樣數(shù)據(jù)，所述T(n)、C02(n)、C0(n)分別為第η次采樣所獲取的 爐內(nèi)氣氛溫度值、爐內(nèi)氣氛中二氧化碳含量、爐內(nèi)氣氛中的一氧化碳含量。
[0026] 步驟3對原始輸入模擬信號進(jìn)行分段算術(shù)平均值濾波：
[0027] 為了消除原始輸入模擬信號的高頻小幅度波動，采用分段算術(shù)平均值濾波算法對 原始輸入模擬信號進(jìn)行濾波處理，每段包括N(N2 2)個原始輸入模擬信號采樣數(shù)據(jù)；同時， S7-300PLC的存儲單元記錄并保存經(jīng)濾波處理后的輸入模擬信號，記為三維數(shù)組(Τ'（m)， C02'（m)，C0'（m))，所述Τ'（m)，C02'（m)，⑶'（m)分別為第m段經(jīng)濾波處理后的爐內(nèi)氣氛溫度 值、爐內(nèi)氣氛中二氧化碳含量、爐內(nèi)氣氛中的一氧化碳含量。
[0028]本實施例中，N的取值為20,也就是說每段包括20個原始輸入模擬信號采樣數(shù)據(jù)， 經(jīng)過分段算術(shù)平均值濾波算法處理后，得到的經(jīng)濾波處理后的輸入模擬信號為：
[0033]在其他實施例中，可以根據(jù)實際應(yīng)用需求，設(shè)定N的具體取值。
[0034]步驟4計算碳勢：
[0035]基于經(jīng)濾波處理后的輸入模擬信號，S7-300PLC的計算單元調(diào)用其內(nèi)部存儲的碳 勢計算程序完成碳勢計算。
[0036]為了節(jié)約存儲單元的存儲空間，本實施例通過中斷塊來控制存儲及濾波處理過 程：當(dāng)S7-300PLC的存儲單元存儲的原始輸入模擬信號采樣數(shù)據(jù)達(dá)到20個時，中斷塊觸發(fā) 中斷，S7-300PLC暫停原始輸入模擬信號的采樣，S7-300PLC的計算單元調(diào)用分段算術(shù)平均 值濾波算法對該20個原始輸入模擬信號采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均值濾波處理，濾波處理結(jié)束 后，S7-300PLC的存儲單元刪除該20個原始輸入模擬信號采樣數(shù)據(jù)；當(dāng)S7-300PLC的存儲單 元存儲的原始輸入模擬信號采樣數(shù)據(jù)個數(shù)為0時，中斷塊失效，S7-300PLC繼續(xù)執(zhí)行原始輸 入模擬信號的采樣，S7-300PLC的存儲單元開始對原始輸入模擬信號采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲。
[0037] 從上面的計算過程可以看出，本實施例提供的碳勢計算方法對每20個原始輸入模 擬信號采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行一次碳勢計算。而現(xiàn)有技術(shù)對每個原始輸入模擬信號采樣數(shù)據(jù)都進(jìn)行 一次碳勢計算，其占用的PLC計算資源為本發(fā)明的近20倍。由此可見，本發(fā)明能夠大大節(jié)約 PLC的計算資源。
[0038] 請參見圖1，圖1為碳勢的時間波動曲線對比圖，其中的黑色曲線1反映的是基于原 始輸入模擬信號計算出的碳勢的時間波動圖，其中的灰色曲線2反映的是基于濾波處理后 的輸入模擬信號計算出的碳勢的時間波動圖?？梢?，本發(fā)明提供的碳勢計算方法能夠有效 地解決由于模擬輸入信號因為受外部環(huán)境干擾造成的碳勢波動大、碳勢數(shù)據(jù)不穩(wěn)定的技術(shù) 問題，能夠更加真實地反應(yīng)出爐內(nèi)氣氛的碳勢值變化情況。
[0039] 上文對本發(fā)明進(jìn)行了足夠詳細(xì)的具有一定特殊性的描述。所屬領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù) 人員應(yīng)該理解，實施例中的描述僅僅是示例性的，在不偏離本發(fā)明的真實精神和范圍的前 提下做出所有改變都應(yīng)該屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍是由所述的權(quán) 利要求書進(jìn)行限定的，而不是由實施例中的上述描述來限定的。
【主權(quán)項】
1. 一種碳勢計算方法，其特征在于，其包括如下步驟： 1) 確定碳勢計算的輸入模擬信號： 輸入模擬信號包括爐內(nèi)氣氛的溫度值、爐內(nèi)氣氛中的二氧化碳的含量、爐內(nèi)氣氛中的 一氧化碳的含量； 2) 原始輸入模擬信號的采樣： 打開可編程控制器，連續(xù)對爐內(nèi)氣氛的溫度值、爐內(nèi)氣氛中的二氧化碳的含量、爐內(nèi)氣 氛中的一氧化碳的含量進(jìn)行采樣；同時，可編程控制器的存儲單元記錄并保存原始輸入模 擬信號采樣數(shù)據(jù)，記為Ξ維數(shù)組(1'(11)，0)2(11)，0)(11))，所述1'(11)、0)2(11)、0)(11)分別為第11 次采樣所獲取的爐內(nèi)氣氛溫度值、爐內(nèi)氣氛中的二氧化碳含量、爐內(nèi)氣氛中的一氧化碳含 量； 3) 對原始輸入模擬信號進(jìn)行分段算術(shù)平均值濾波： 為了消除原始輸入模擬信號的高頻小幅度波動，采用分段算術(shù)平均值濾波算法對原始 輸入模擬信號進(jìn)行濾波處理，每段包括N(N^ 2)個原始輸入模擬信號采樣數(shù)據(jù)；同時，可編 程控制器的存儲單元記錄并保存經(jīng)濾波處理后的輸入模擬信號，記為Ξ維數(shù)組（Τ'（m)， C〇2'（m)，C0'（m))，所述Τ'（m)，C〇2'（m)，C0'（m)分別為第m段經(jīng)濾波處理后的爐內(nèi)氣氛溫度 值、爐內(nèi)氣氛中二氧化碳含量、爐內(nèi)氣氛中的一氧化碳含量， 其中：4) 計算碳勢 基于經(jīng)濾波處理后的輸入模擬信號，可編程控制器的計算單元完成碳勢結(jié)算。2. 如權(quán)利要求1所述的碳勢計算方法，其特征在于，所述N的取值為20。3. 如權(quán)利要求1所述的碳勢計算方法，其特征在于，所述可編程控制器為西口子S7- 300。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種碳勢計算方法，其包括如下步驟：1)確定碳勢計算的輸入模擬信號；2)原始輸入模擬信號的采樣；3)對原始輸入模擬信號進(jìn)行算術(shù)平均值濾波；4)計算碳勢。本發(fā)明對原始輸入模擬信號進(jìn)行分段算術(shù)平均值濾波處理后再計算碳勢，有效地解決了由于模擬輸入信號因為受外部環(huán)境干擾造成的碳勢波動大、數(shù)據(jù)不穩(wěn)定的技術(shù)問題；同時減少了碳勢的計算次數(shù)，節(jié)約了PLC的計算資源。
【IPC分類】G05B19/05
【公開號】CN105573237
【申請?zhí)枴緾N201610011701
【發(fā)明人】吉順冬, 邵華軍, 林國強
【申請人】江蘇豐東熱技術(shù)股份有限公司
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2016年1月8日